Stem cell方向美国自然科学基金标书摘要10篇精选，为2019国自然做准备！

发布时间：2018-07-09
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Genetically inducible cell sorting to interrogate human pluripotent stem cell lineage transitions

编号：9470485项目类型：1F31HL140907-01单位：UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN FRANCISCO
年度：2018项目金额：$36134国家：美国

项目负责人：LIBBY, ASHLEY ;

先天性心脏缺陷会影响人类活体生命的0.8％至1.2％，主要是由于心脏的解剖畸形。然而，尽管我们掌握先天性缺陷的基因控制知识有了很大的进步，但由于发育形态发生的复杂性，这些畸形的机械原因大部分仍然未知。在人类胚胎发育过程中，多种信号线索触发原始心脏形成中涉及的多细胞形态发生运动。然而，由于显着不同的胚胎过程，甚至在哺乳动物胚胎之间，以及目前人类组织发育的体外模型无法控制特定形态发生过程所需的异质细胞群的出现，所以解决人类发育过程的尝试受到限制。具体而言，细胞间粘附分子的变化对于发育形态发生的所有阶段是必不可少的，包括中胚层出现，神经嵴建立，心脏场迁移和心脏隔膜形成，所有这些都是心脏形态发生和规范所必需的。对于心脏发育至关重要的是上皮细胞向间质细胞转化（EMT），其驱动亚群动力。因此，EMT失调可导致人胚胎心脏缺陷。 EMT的一个重要组成部分是粘附分子E钙粘蛋白（Ecad）的减少，该蛋白通过将β-连环蛋白蛋白募集到细胞接触点而与几个关键的发育信号传递程序（典型的Wnt，TGFβ和Hippo）相连。然而，Ecad粘连的变化如何改变β连环蛋白转录调节这三条途径的能力尚未直接被询问。因此，关于Ecad如何协调人类形态发生事件和谱系命运的基本问题仍未得到解答。拟议的研究将尝试设计人体体外模型系统在人类诱导多能干细胞的模型由Ecad粘连的异质调节驱动的形态发生过程。这允许操纵模仿EMT方面的图案事件，并随后询问关于早期人类发育形态发生过程的未解答的问题。总之，通过完成三个具体目标来探讨Ecad对形态谱系命运决定的调控：（1）确定E钙粘蛋白的异质性丧失是否足以驱动EMT的表型特征; （2）确定与EMT相关的E钙粘蛋白的异质性损失如何影响中胚层谱系规格;和（3）询问差异E钙粘蛋白如何改变β连环蛋白转录活性。最终，拟议的研究将评估粘附如何协调变化，并指导EMT过程和谱系规范，这有可能解决物种特异性胚胎发生和形态发生的机制，更重要的是提供洞察先天性心脏缺陷的发展。

Glutathione and redox state of progesterone-regulated breast cancer stem cells

编号：9419706项目类型：5F32CA213797-02单位：UNIVERSITY OF COLORADO DENVER
年度：2018项目金额：$59766国家：美国

项目负责人：MATTHEWS, SHAWNA BETH;

雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR）阳性乳腺癌是该疾病中最普遍的亚型，并构成大部分与乳腺癌相关的死亡。虽然ER + PR +乳腺肿瘤最初可通过靶向内分泌治疗进行治疗，但超过1/3的患者会对治疗产生耐药性。此外，ER +乳腺癌在原发性肿瘤切除后具有> 5年的复发倾向，表明休眠的癌症干细胞（CSC）负责耐药性和复发。孕激素（P）在乳腺癌中的作用比雌激素的研究少;关于激素替代疗法中孕激素的使用如何增加绝经后妇女的乳腺癌风险，以及P如何影响乳腺癌细胞的生物学，问题依然存在。我们的实验室已经发现P直接诱导一部分ER + PR +乳腺癌细胞变得更像CSC。这表现为几种乳腺干细胞标志物如细胞角蛋白5（CK5）的表达，并伴随着增加的球囊形成和肿瘤起始能力以及对化疗和内分泌治疗的高度耐受性。尽管20世纪50年代的研究显示P调节细胞代谢，但改变代谢程序对PR转录活性的影响尚未被研究。具体而言，P抑制氧化磷酸化，即细胞内活性氧的主要来源。来自我们实验室的初步数据表明，P调节谷胱甘肽抗氧化系统，这是活性氧和氮物质最丰富的清除剂。这是一个具有重要后果的发现，因为乳腺癌CSCs对氧化应激表现出较高的耐受性。我们的工作假设是P抑制氧化磷酸化以促进CSCs增加的GSH抗氧化活性，从而降低氧化还原状态。这些研究的目标是揭示P调节ER + PR +乳腺癌内CSC群体的机制，并描述谷胱甘肽在切换该转换中的作用。该建议的具体目标是确定1）P调节氧化磷酸化，2）P信号如何改变抗氧化作用，3）如果靶向ER + PR +乳腺癌中的谷胱甘肽将增强现有治疗。这些研究有可能在ER + PR +乳腺肿瘤靶向CSC群体时发现代谢易感性，最终目标是减少复发并改善患者预后。

Use of stem cell-based morphogenesis models as teratogen screening tools

编号：9455076项目类型：1R03HD088970-01A1单位：UNIVERSITY OF HAWAII AT MANOA
年度：2018项目金额：$77000国家：美国

项目负责人：MARIKAWA, YUSUKE ;

建议许多化合物，包括药物，当暴露于孕妇时可能导致出生缺陷或胎儿损失。虽然这样的化合物即致畸剂的概念是公认的，但确定哪些药物是致畸的，仍然是一个挑战。随着每年向市场推出新药，对其进行快速彻底的调查以评估其潜在的致畸性至关重要。鉴定致畸原需要多种调查方法，例如人类流行病学，怀孕动物试验以及使用胚胎干细胞的体外试验。体外测定一般快速，经济并且可扩展用于高通量筛选，并且还适用于分子分析以提供对致畸原作用的机理洞察。目前，大多数使用干细胞的体外试验旨在测试药物对分化成特定细胞类型的影响。然而，诸如神经管缺陷和心脏中隔缺陷等许多常见的出生缺陷是“形态发生”的错误调节，即协调的细胞迁移和重排以构建3维组织结构。我的目标是创建新的体外模型，使用小鼠和人类干细胞概述早期胚胎的形态发生，可用于检测和分析各种致畸剂。在具体目标1中，我们将采用形态发生模型来调查普通抗抑郁药氟西汀的致畸作用，重点研究其抑制胚胎图案发育信号的抑制作用。在具体目标2中，我们将把代谢转换整合到体外形态发生系统中，以扩大模型检测仅在母亲进行代谢改变后才会变成致畸的化合物的能力。在具体目标3中，我们将验证基于人类细胞的形态发生模型的准确性，以区分致畸和非致畸化合物暴露。这些研究应为未来致畸胎研究开发新的先进工具奠定坚实的基础，这将有助于减少育龄妇女所接触药物引发的出生缺陷和胎儿丧失的悲剧发生率。

Regulation of sex-specific gonad stem cell niche development by doublesex

编号：9618364项目类型：3R01GM113001-03S1单位：JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
年度：2018项目金额：$102520国家：美国

项目负责人：VAN DOREN, MARK B;

从母本R01 R01GM113001性腺发育的一个关键方面是雄性和雌性生殖干细胞生态位的形成。胚胎干细胞和体干细胞都是连续产生配子发生的分化后代所必需的，而它们周围的微环境或“生态位”控制着性腺干细胞分裂，维持以及向分化过渡。然而，性腺干细胞和它们的生态位在男性和女性中有很大不同，具有独特的调节控制和非常不同的结果（精子与卵子）。此外，在一些物种如哺乳动物中，清楚的干细胞群体仅存在于雄性中，但不存在于雌性中，导致雌性中更有限的生殖潜力。该提案旨在了解性腺干细胞生态位特定性别发育的机制。它涉及性别决定生物学的基本方面，这对干细胞生物学和人类生殖健康也有明确的影响。尽管启动性别决定的机制在不同的动物物种中差异很大，但现在认识到单个家族的转录因子“Doublesex，Mab3相关转录因子”（DMRT）控制大多数或所有动物性腺中的性二态性物种，包括苍蝇和人类。这些转录因子如何决定男性和女性性腺干细胞生态位之间的差异尚不清楚。在这个提案中，我们将研究DMRT家族的创始成员Drosophila doublesex（dsx）如何控制性腺干细胞生态位中的两性异形现象。

IN VIVO IDENTITY AND NICHE OF PERIODONTAL LIGAMENT STEM CELLS

编号：9416140项目类型：5K08DE025090-03单位：TEXAS A&M UNIVERSITY HEALTH SCIENCE CTR
年度：2018项目金额：$127157国家：美国

项目负责人：ZHAO, HU ;

牙周韧带（PDL）是连接牙齿和牙槽骨的纤维组织，对牙齿的生理功能至关重要牙周病是牙齿脱落的最常见原因。包括手术或非手术方法的常规治疗对再生病理性牙周组织产生有限的效果。干细胞生物学的最新进展已经导致基于PDL衍生干细胞再生功能性牙周膜的能力的新颖疗法。然而，基于干细胞疗法的进一步改进受到体内对PDL干细胞不了解的严重阻碍。虽然体外研究显示多能干细胞可以从PDL中分离，并且推测PDL干细胞对于包括损伤或疾病，牙周组织再生和正畸牙齿移动之后的组织再生在内的多种过程是至关重要的。然而，几乎没有关于PDL干细胞的体内定位，同一性或调节生态位的信息。在我们以前的研究中，我们发现Gli1 +细胞围绕神经血管束作为MSCs支持切牙间质转换和损伤修复[7]。 Wnt信号通路在激活静息Gli1 + MSCs中起着至关重要的作用。此外，我们还将颅面骨缝线中的Gli1 +细胞鉴定为支持颅面骨转换和损伤修复的MSC。在目前的研究中，我们建议测试成人PDL干细胞局限于牙齿顶端区域附近的假设，并可用Gli1标记。这些Gli1 +干细胞产生PDL，牙骨质和牙槽骨。它们支持PDL组织的自然转换和损伤修复，并受体内Wnt信号传导的调节。此应用程序还规划了一个为期五年的研究和培训计划，其最终目标是将自己转变为从事干细胞研究的独立临床科学家。这笔资金将为我提供未来资助的独立研究的概念，数据，培训和经验。我的导师是颅面生物学，干细胞生物学和生物成像领域的领导者。我将利用南加州大学颅面分子生物学中心丰富的环境资源为自己的独立研究事业做好准备。

Long noncoding RNA regulation of neural stem cells

编号：9415448项目类型：5R01NS091544-03单位：UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN FRANCISCO
年度：2018项目金额：$312047国家：美国

项目负责人：LIM, DANIEL A;

长的非编码RNA（lncRNA）转录子长于200个核苷酸，几乎没有蛋白质编码潜力的证据已经涉及广泛的人类神经系统疾病，包括癌症，发育迟缓，精神分裂症和阿尔茨海默病。虽然已经发现哺乳动物基因组转录成千上万个lncRNA，但很少有lncRNA在体内功能和分子机制方面进行了表征。在成人室性脑室下区（V SVZ）神经发生的lncRNAs的全基因组分析中，我们发现了一种名为Pinky（Pnky）的新型lncRNA转录物。我们最近证明Pnky调节来自胚胎和出生后大脑的NSCs的神经元的产生。 Pnky是神经特异性的核lncRNA转录物。在V SVZ神经源性谱系中，Pnky在NSCs中表达并在神经元分化过程中下调。在出生后的V SVZ NSC中，Pnky knockdown增强神经元谱系定型并扩大运输放大细胞群，使神经元产量增加数倍。 Pnky在发育中的人脑的NSCs中进化保守并表达。在胚胎小鼠皮层中，Pnky敲除增加神经元分化并消耗NSC群体。质谱，蛋白质印迹和RNA免疫沉淀分析表明，Pnky与神经发生，脑肿瘤，直接细胞重编程和RNA剪接的已知调节剂PTBP1物理相互作用。在NSCs中，Pnky和PTBP1调节涉及细胞表型的核心转录物组的表达和选择性剪接。我们自此生成了Pnky条件性敲除（Pnky cKO）小鼠，并且这种Pnky缺陷的遗传模型在体外和体内均表现出Pnky敲低。拟议工作的总体目标是了解Pnky的体内功能和机制。目标1是通过研究Pnky缺陷来确定Pnky在成人V SVZ神经发生中的作用和体内的Pnky转基因表达。初步数据，我们在V SVZ生物学方面的专业知识以及使用多种互补方法来操纵Pnky表达支持目标1的可行性。目标2是确定Pnky调节神经发生的机制。将分析生物表型，转录组变化和RNA蛋白相互作用来研究Pnky和PTBP1在功能上的相互作用。与Pnky相互作用的其他因子的发现将为研究其他潜在的lncRNA机制提供基础。除初步数据外，与Aaron Diaz博士（生物信息学），Nevan Krogan博士（质谱分析），Seth Blackshaw博士（蛋白质微阵列）和Hiten Madhani博士（RNA剪接，RNA蛋白相互作用）的合作支持可行性目标2的这种知识。这种关于lncRNA发育和机制功能的知识将提供关于lncRNA如何可以作为神经疾病背后的关键洞察，并且可以将lncRNAs的发展作为治疗目标。

MESENCHYMAL STEM CELL NICHE FOR TUBERCULOSIS

编号：9558732项目类型：1R21AI126941-01A1单位：UNIVERSITY OF TEXAS HLTH SCI CTR HOUSTON
年度：2018项目金额：$231000国家：美国

项目负责人：JAGANNATH, CHINNASWAMY ;

首席研究员/项目主任（最后一名，中级）：标题：结核病的间质干细胞结核由于感染，结核病是人类死亡的主要原因，每年有800多万新病例发生，每年有200万人死亡。多重耐药性（MDR）和非常耐药性（XDR）结核分枝杆菌（MTB）分离株的出现使得结核病的控制非常困难。三分之一的人口感染潜伏性MTB，从中发现活动性病例。矛盾的是，艾滋病毒1感染可以消耗CD4T细胞，并增加由于肺结核和死亡率造成的合并感染。在进行中的结核病期间，HIV感染期间的结核病，特别是在MD / XDR结核病期间，存在广泛的肺损伤。需要紧急的方法来修复和恢复肺功能，同时根除和不接受HIV感染的人类肺部根除结核分枝杆菌（MTB）。 I期研究表明，将间充质干细胞（MSCs; aka干细胞）输入MDR / XDR专利患者是安全的，并且肺功能和全身免疫的部分临床改善。人骨髓来源的MSC是独特的，因为它们可以在体外大量生长并且从同种异体和自体来源再注入人体。我们发现了一种新的发现：雷帕霉素激活的干细胞通过增强的自噬在体外内化并杀死MTB。我们现在提出，这样的“条件化干细胞”可以被输注到患有MDR XDR结核病的患者中以获得增强的MTB杀死和同时恢复肺功能。由于干细胞介导的感染控制的细胞生物学基础仍不清楚，我们提出以下研究来优化干细胞施用于人类以用于结核病的免疫治疗。具体目标1：研究人体受体介导的吞噬细胞摄取，MTB细胞因子和氧化剂应答的机制间充质干细胞。具体目标2：研究在间充质干细胞中诱导和维持自噬的机制以开发免疫治疗方法。基本原理：我们发现体外条件培养的间充质干细胞杀死包括BCG和MTB在内的分枝杆菌。由于自体MSCs在I期研究中已被输注并发现相对安全，因此我们将通过分析MTB摄入干细胞的机制并与细胞因子和生长因子相关来评估输注前干细胞的细胞生物学。我们将分析各种表面受体，吞噬现象和相关的氧化剂合成，以了解如何调节干细胞以杀死MTB。由于自噬杀死干细胞内的MTB，我们将评估诱导自噬的多种机制及其对干细胞的影响。项目影响：耐多药/广泛性结核和艾滋病毒感染的流行使得结核病和艾滋病毒的控制困难。肺结核的肺损伤已得到确认。因此，迫切需要更新的免疫治疗方法。一旦对干细胞生物学进行了调查和理解，我们预计“条件化和改进”的干细胞可以被输入专利，以有效控制肺部感染。大量干细胞的可用性以及分析干细胞细胞生物学的专业知识表明，该提案将对肺部特异性疾病的免疫治疗产生持久影响。研究性能地点：首席研究员：Chinnaswamy Jagannath博士德克萨斯大学健康科学中心病理学与实验室医学系教授，德克萨斯州休斯敦Fannin市6431号，美国77030 PHS 398（Rev. 09/04）第页

Hematopoietic Stem Cell Dysfunction in the Elderly after Severe Injury

编号：9412176项目类型：5R01GM113945-04单位：UNIVERSITY OF FLORIDA
年度：2018项目金额：$270000国家：美国

项目负责人：EFRON, PHILIP A;

高龄（55岁以上）的人在创伤后发病率和死亡率显着增加。由于老年人口不断增加，对这一疾病进程的研究越来越具有现实意义，特别是随着我们社会日益增加的经济和医疗保健负担。尽管数十年来有前途的临床前和临床研究受到创伤，但我们对该实体的理解及其对老年人病情加重的原因仍然不完全，几乎没有任何治疗方法可以在任何患者群体中获得成功。最近，天然免疫的几个方面已被确定为对年轻成人免疫应答至关重要，并且这种反应在严重损伤和随后感染后的老年人中是不理想的。具体而言，中性粒细胞在炎症后通过称为“急性骨髓生成”的过程被替换。这种情况发生在严重损伤后，骨髓粒细胞储存迅速释放，并增加干细胞增殖和分化沿骨髓途径的结果。骨髓细胞与干细胞的适当分化依赖于核因子κB（NFκB）的激活，该蛋白复合物在压力刺激后部分控制DNA转录。与年轻患者相比，适当的对炎症的急性骨髓生成反应对宿主生存至关重要，但在老年人中似乎不足。具体而言，我们推测与衰老相关的骨髓增生异常改变了对创伤性损伤的急性骨髓生成反应，导致髓细胞的不适当的分化和成熟，使得宿主易受随后的感染。我们进一步提出，这种紧急骨髓细胞生成的失败是由于年龄相关性，NFκB依赖性炎症通路的慢性激活以及创伤后造血干细胞（LSK群体）以NFκB依赖性方式产生功能性骨髓细胞群的失败。我们将：（1）确定某些造血干细胞（HSCs），特别是短期HSCs（ST HSCs）是否不能正确地应用于临床在老年人对创伤的反应中沿髓样途径扩张和分化，并且如果由于这些不理想的ST HSC造成的创伤后老年人看到的由此导致的功能失调的中性粒细胞群; （2）确定严重损伤后老年ST HSC功能缺陷是否与慢性低级别NFκB依赖性炎症状态相关，并且随后未能在创伤后适当激活NFκB依赖性通路引起;和（3）确定严重创伤后与老年人相关的HSC衰老是否也是由于未能适当激活骨髓HSC中NFκB依赖性途径所致。这项工作提出，老化后创伤后感染的易感性增加至少部分是由于导致基因型，表型和功能紊乱的PMN不能控制感染的髓细胞生成缺陷造成的。第三个具体目标是将我们的“替补方”动物工作转化为人类，并且这种创新方法可以确定仍然具有可塑性的细胞类型的干预区域。

Regulation of Muscle Stem Cell Fate

编号：9414569项目类型：5R01AG020961-14单位：STANFORD UNIVERSITY
年度：2018项目金额：$297285国家：美国

项目负责人：BLAU, HELEN M;

再生医学的目标是恢复受损和老化组织的形态和功能。肌肉干细胞（MuSCs）也称为卫星细胞，负责骨骼肌肉的维持和再生。我们发现老年肌肉中的MuSCs在其静止期和自我更新机制中存在固有缺陷，并且过早衰老和分化。我们的实验室已经建立了通过流式细胞术结合体内功能测定来表征小鼠MuSCs的方法，并且已经能够成功地培养MuSCs在人造干细胞小生境中体外重建生物物理环境，其中肌肉干细胞位于其中。在这里，我们建议辨别老化期间调节MuSC功能的外部因素在小生境内或附近的作用。该方法的关键是单细胞分析，因为增殖缓慢的MuSC的行为可能被更快速增殖的祖细胞所掩盖，并且MuSC群虽然高度富集，但是是异质的并且包含基于表达谱，信号传导和功能研究的多个亚群。我们将利用两种单细胞技术：（a）生物工程培养平台，支持通过时间间隔显微镜和（b）单细胞质量流式细胞术维持MuSC表型体外和长期单细胞谱系追踪，其允许高通量分析多个生物细胞表面和具有单细胞分辨率的细胞内标记使得能够无偏差地识别复杂细胞群体内的新亚型。我们将比较来自年轻组织和老年组织的MuSCs，这些组织具有内在不同的静止和自我更新能力。我们的目标（1）确定体外调控MuSC命运的外在因素。在分泌和跨膜胞外结构域蛋白的660肽文库中鉴定的细胞因子家族将被分析其改变MuSC增殖和表型的潜力; （2）表征调节MuSC静止，不对称或对称自我更新以改变细胞命运的细胞因子家族的特定成员; （3）阐明由该细胞因子家族刺激的MuSC子集和信号网络。我们将采用单细胞质量流式细胞术来解析MuSCs的不同功能子集，研究这些子集在细胞因子家族成员对外源性平静，增殖和诱导刺激的反应中如何差异激活信号网络，并确定这些差异如何影响MuSC对再生和力量。总之，这些研究将提供对外在因素在干细胞微环境中对干细胞功能的作用的见解，并为肌肉退行性疾病和肌肉老化提出新的治疗方法。

10.Optogenetic Characterization and Control of Stem Cell Signaling

编号：9418120项目类型：5R01NS087253-05单位：UNIVERSITY OF CALIFORNIA BERKELEY
年度：2018项目金额：$305856国家：美国

项目负责人：KANE, RAVI S; SCHAFFER, DAVID V (contact);

拟议工作的目标是利用光遗传学研究成人神经干细胞（NSCs）和胚胎干细胞（ESC）中的关键信号通路Wnt和Rho。正在广泛探索干细胞的组织再生潜能，包括操纵存在于患者组织内的内源性干细胞（例如，成人神经干细胞）以及植入外源培养的干细胞（例如胚胎或诱导多能干细胞细胞）或其分化后代。然而，控制干细胞自我更新和分化的信号机制的基本知识目前尚不完善，这限制了我们对其在成人功能中的作用的理解，并使精确控制再生医学应用的干细胞行为的努力复杂化。光是研究细胞功能的有力工具。特别是在空间上和时间上调节Wnt和Rho信号通路的能力将使我们能够阐明它们在控制干细胞命运方面的作用，这对生物医学应用至关重要。为此，我们最近开发了光遗传学方法，通过纳米级信号复合物的组装，将光输入引导到几个确定的信号传导途径中。具体而言，我们设计了经典的Wnt信号传导途径以及RhoA途径的可激活的激动剂。我们还能够使用显微技术在纳米级分辨率下进行单分子荧光成像，并使用基于荧光共振能量转移（FRET）的生物传感器实时表征活细胞中的Rho GTPase活性。拟议工作的第一个目的是确定神经干细胞和胚胎干细胞中Wnt /β连环蛋白信号的光遗传激活是否可以阐明干细胞调控的机制。第二个目标是利用光遗传学来探测神经干细胞中的Rho GTP酶信号和串扰。第三个目标是确定Cry2是否可以用于细胞表面受体激活和多路刺激细胞信号传导。我们预计应用我们新颖的光遗传学方法将阐明Wnt和Rho通路在调控NSCs和ESC中细胞命运选择方面的动态作用。此外，我们将开发的新型光遗传学方法将进一步加强对细胞和干细胞生物学关键信号通路的未来研究。由此产生的对干细胞生物学和工程学的机械洞察将极大地影响基于细胞替代和再生医学来恢复器官功能的方法。